JPH06336168A

JPH06336168A - 自動操舵装置の制御方法

Info

Publication number: JPH06336168A
Application number: JP5125978A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 多加志木村
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】自動操舵制御において操舵制御モータ暴走時
の急激な転舵を防止し、且つタイヤ側の転舵状態を修正
する。【構成】車両１のステアリング装置１０に操舵制御モ
ータ３６とトルク制御モータ３８を備えるギヤ比可変機
構２５を設け、自動操舵モードの場合に車両前方の画像
データ、車速、実舵角の信号により指示舵角に応じて操
舵制御モータ３６を作動し、操舵反力を相殺するアシス
トトルクに応じてトルク制御モータ３８を作動し、走行
中の車両１をハンドル手離しで道路の白線等に沿うよう
に自動操舵する。そして自動操舵モードの際に操舵制御
モータ３６の暴走を判定すると、トルク制御モータ３８
を逆転し、暴走回転をハンドル側に逃して急激な転舵を
防止し、タイヤ側の実舵角を指示舵角と一致するように
修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の運転
支援システム（ＡＤＡ）に使用されて電子的に自動操舵
する自動操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、操舵制
御モータ暴走時の転舵防止と修正制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の安全性を飛躍的に向上する
対策として、エアバック等の衝突被害軽減技術に対し
て、衝突しないための技術、即ち運転操作系を積極的に
アシストして安全側に自動的に制御する総合的な運転支
援システム（ＡＤＡ：Active Drive Assist system）が
開発されている。このＡＤＡシステムは、車両の前後に
装着したカメラを有して道路状況、他の車両、障害物等
の外部環境を三次元的に認識する制御ユニットにより、
ドライバと同等の自律走行能力を持たせ、この自律走行
能力によりブレーキ、スロットル及びステアリングの操
作系の各種装置を自動的に適正に操作するように構成さ
れる。そしてＡＤＡシステムが目指す機能として、衝突
防止機能と限定自動走行機能が考えられている。衝突防
止機能は、運転操作の誤り等で追突の危険がある場合に
自動ブレーキ作動したり、横風の際にハンドル修正する
ものである。限定自動走行機能は、ドライバに代わって
自動操舵して車線追従走行したり、障害物を自動回避し
たり、安全車間距離に保持するものである。

【０００３】上記ＡＤＡシステムについて更に具体的に
説明すると、例えば本件出願人による特願平４−６５３
４７号の出願で示すように、車両に装着した複数のカメ
ラにより前方風景や交通環境をとらえ、その画像を小領
域に分割して各々について三角測量法で距離を算出し
て、画面全体が三次元の距離分布の画像を得る。そして
距離画像から車線、前方車、障害物等を分離して検出す
る。車線からは左右の白線、道路形状等を認識する。前
方車や障害物に対しては、物体が何であるか、障害物と
の相対的な距離や速度等を認識して、種々の画像データ
を得る。

【０００４】また上述の画像データを利用して自動操舵
するシステムとして、特開平３−２３８８０９号の出願
で示すように、ステアリング装置の操舵系に操舵制御モ
ータやトルク制御モータを備えたプラネタリギヤ式のギ
ヤ比可変機構を設ける。そして画像データ等により車線
の白線に沿うような舵角を算出し、この舵角に応じた電
流を操舵制御モータに供給してギヤ比可変機構を作動す
ることで、タイヤ側を自動的に操舵し、車線追従で自律
走行することが考えられている。このシステムは最も重
要な画像認識の技術の開発により具体性を生じたもので
あり、実用化するためには更に種々の点で技術開発する
必要がある。

【０００５】ここでこの種の自動操舵装置は、操舵制御
モータの作動のみにより自動操舵されるため、モータが
暴走すると、直ちに急激に転舵して車両の挙動が不意に
変化するおそれがある。このため常時モータの作動状態
を監視して、急激な転舵を未然に防止し、且つモータの
一時的な暴走の場合は修正して自動操舵を継続すること
が望まれる。

【０００６】従来、上記モータ暴走に対するフェイルセ
ーフとしては、機械的なストッパにより急激に転舵しな
いように抑制したり、モータ電源を切断してモータの作
動を停止する方法が考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のものにあっては、モータ暴走時に一時的に急激な転
舵を防止することはできるが、モータの暴走が一時的な
場合の復帰の際にモータによる実舵角を修正できない等
の問題がある。

【０００８】本発明は、このような点に鑑み、自動操舵
制御において操舵制御モータ暴走時の急激な転舵を防止
し、且つタイヤ側の転舵状態を修正することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両のステアリング装置に操舵制御モータと
トルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比可変
機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方の画
像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モータと
トルク制御モータを作動して、走行中の車両をハンドル
操作なしで道路の白線等に沿うように自動操舵する自動
操舵装置において、自動操舵モードの際に実舵角と指示
舵角の関係により操舵制御モータの暴走の有無を判定
し、モータ暴走を判定すると、トルク制御モータを操舵
制御モータと連動して逆転制御することを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記制御方法による本発明では、車両走行中に
自動操舵モードに設定すると、車両前方の画像データ、
車速、実舵角の信号で例えば道路の白線と車両の関係に
基づいて指示舵角が演算され、この指示舵角に応じた電
流がギヤ比可変機構の操舵制御モータに流れて作動し、
同時にアシストトルクに応じた電流がトルク制御モータ
に流れて作動する。そこでドライバがハンドル操作しな
い状態でも前輪が自動的に転舵して、白線に沿い安全に
車線追従走行される。そして自動操舵モードにおいて、
実舵角が指示舵角より異常に大きくなって操舵制御モー
タの暴走が判定されると、トルク制御モータを操舵制御
モータと連動して逆転制御することで、モータ暴走回転
がハンドル側に円滑に逃げ、急激に転舵することが防止
されて安全性が確保される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、ＡＤＡシステムの概略について説
明する。先ず、車両１のエンジン２のスロットル弁３に
は電気信号で開閉するアクチュエータ１１が設けられ、
ブレーキペダル４の操作で前輪５と後輪６のホイールシ
リンダ７にブレーキ圧を発生して制動するブレーキ装置
８には電気信号でブレーキ圧を加減圧する自動ブレーキ
油圧ユニット１２が設けられる。また車両１の例えば左
右前方には車両前方の所定の範囲を撮像するＣＣＤカメ
ラ１３が配置され、ハンドル９を有するステアリング装
置１０に電気信号で操舵する自動操舵パワーユニット１
４が設けられる。

【００１２】制御系として、ＣＣＤカメラ１３の撮像信
号が入力する画像認識制御ユニット１５を有し、撮像信
号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三
次元の距離分布の画像を得る。そして距離画像から車
線、前方車、障害物等を分離して検出し、車線からは左
右の白線、道路形状等を認識する。前方車や障害物に対
しては、物体が何であるか、障害物との相対的な距離や
速度等を認識して、種々の画像データを得る。この画像
データは車間距離制御ユニット１６と自動操舵制御ユニ
ット１７に入力する。

【００１３】車間距離制御ユニット１６は、画像データ
と他の種々のセンサ信号により先行車や道路の障害物に
対して安全な距離を保つように加減速度を演算し、この
加減速度に基づく適正なスロットル開度のスロットル信
号をアクチュエータ１１に出力してスロットル制御す
る。また加減速度に基づく適正なブレーキ圧のブレーキ
信号を自動ブレーキ油圧ユニット１２に出力してブレー
キ制御する。そしてドライバのブレーキ操作等が不充分
な場合でも、安全車間を保ち、衝突を未然に防止して安
全に走行することを可能にする。自動操舵制御ユニット
１７は、画像データと他の種々のセンサ信号により道路
の白線と車両とのずれ等を演算し、このずれに基づく操
舵信号を自動操舵パワーユニット１４に出力して操舵制
御する。そしてドライバがハンドル操作しない場合に
も、安全に車線追従走行することを可能に構成される。

【００１４】図３において自動操舵パワーユニット１４
の構成について説明する。先ず、ステアリング装置１０
のステアリング軸２０が入力軸２１と出力軸２２に２分
割され、入力軸２１の端部にハンドル９が設けられ、出
力軸２２は油圧パワーステアリング機構２３を介して前
輪５に連結され、両軸２１，２２の間にギヤ比可変機構
２５がバイパスして連結される。ギヤ比可変機構２５
は、入、出力軸２１，２２とこれらに平行配置されるモ
ータ軸２４に、２組のギヤ２６，２７と１組のプラネタ
リギヤ３０を組合せて構成される。

【００１５】即ち、第１のギヤ２６は小径のドライブギ
ヤ２６ａが入力軸２１に一体結合され、大径のドリブン
ギヤ２６ｂがモータ軸２４に回転可能に設けられる。第
２のギヤ２７は大径のドライブギヤ２７ａがモータ軸２
４に回転可能に設けられ、小径のドリブンギヤ２７ｂが
出力軸２２に一体結合される。プラネタリギヤ３０はサ
ンギヤ３１がモータ軸２４に一体結合され、リングギヤ
３２が第２のギヤ２７のドライブギヤ２７ａの内側に形
成され、サンギヤ３１とリングギヤ３２に噛合うピニオ
ン３３が第１のギヤ２６のドリブンギヤ２６ｂと一体的
なキャリア３４で支持される。そしてモータ軸２４の一
端に、所定のトルク以上の操舵トルクがかかると可逆回
転するウォームギヤ３５を介して操舵制御モータ３６が
連結され、入力軸２１に可逆回転可能なウォームギヤ３
７を介してトルク制御モータ３８が連結される。また入
力軸２１と出力軸２２の間には、タイヤが縁石等に衝突
して大きい操舵トルクが入力し、両軸２１，２２が所定
の角度以上回転した場合に直結するストッパ３９が設け
られる。

【００１６】そこでウォームギヤ３５によりモータ軸２
４のサンギヤ３１が固定した状態で、ドライバがハンド
ル９を操舵回転すると、入力軸２１と第１のギヤ２６に
よりプラネタリギヤ３０のキャリア３４が回転し、固定
されるサンギヤ３１に対してピニオン３３が遊星回転
し、リングギヤ３２と第２のギヤ２７により出力軸２２
をハンドル９と同一方向に回転して転舵する。この場合
に、ギヤの歯数を選択することにより、入、出力軸２２
の回転が略同一にされる。またトルク制御モータ３８に
より入力軸２１を固定して操舵反力を相殺するようにト
ルクアシストする状態で、操舵制御モータ３６を作動し
てウォームギヤ３５、モータ軸２４によりサンギヤ３１
を回転すると、ピニオン３３の自転でリングギヤ３２と
第２のギヤ２７を介し出力軸２２を回転して電気的に転
舵するように構成される。

【００１７】制御系として、入力軸２１には操舵角Ｑｈ
を検出する操舵角センサ４０、操舵トルクＴｈを検出す
る操舵トルクセンサ４１が設けられ、出力軸２２には実
舵角Ｑｐを検出する転舵角センサ４２が設けられる。ま
たギヤ比可変機構２５のモータ軸２４には位相角Ｑｓを
検出する位相角センサ４３が設けられる。そして画像認
識制御ユニット１５の画像データ、車速センサ４４の車
速Ｖ及び上記各センサ４０〜４３の信号が自動操舵制御
ユニット１７に入力して電気的に処理され、自動操舵モ
ードの場合に操舵信号を操舵制御モータ３６に出力し、
トルク信号をトルク制御モータ３８に出力するように構
成される。

【００１８】図１において、自動操舵制御ユニット１７
について説明する。先ず、画像認識制御ユニット１５か
らの画像データが入力する距離算出部５０を有し、図４
のように画像上の所定距離位置Ｄを設定する。目標軌道
設定部５１は画像データに基づきその所定距離位置Ｄの
白線による目標軌道Ｌ１を設定する。また車速Ｖと実舵
角Ｑｐが入力する予測軌道算出部５２を有し、現在の車
両の位置、方向、走行状態のままで所定距離位置Ｄに走
行した場合の車両１の予測軌道Ｌ２を算出する。更に、
選択スイッチ４５のＯＮ、ＯＦＦにより例えば制御シス
テムの電源を投入した自動操舵モードと、その電源を切
断した手動操舵モードを設定するモード設定部５３を有
する。

【００１９】上述の目標軌道Ｌ１、予測軌道Ｌ２及びモ
ード信号はずれ幅算出部５４に入力して、自動操舵モー
ドの場合に目標軌道Ｌ１と予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅを算
出する。このずれ幅ｅは舵角算出部５５に入力して、ず
れ幅ｅと比例定数ｋとにより指示舵角φを算出する。指
示舵角φと実舵角Ｑｐは制御量演算部５６に入力し、両
者の偏差により制御量を算出し、駆動部５７により制御
量に応じた電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給する。
また操舵トルクセンサ４１の操舵トルクＴｈが入力する
アシストトルク演算部５８を有し、自動操舵モードの場
合にハンドル９側に作用する操舵反力に応じた操舵トル
クＴｈを検出し、この操舵反力を相殺するようなアシス
トトルクＴａを演算する。そして駆動部５９によりトル
クＴａに応じた電流Ｉｓをトルク制御モータ３８に供給
するように構成される。

【００２０】上記制御系において、操舵制御モータ暴走
時の制御について説明する。操舵制御モータ３６の暴走
時には、トルク制御モータ３８を逆転制御することでモ
ータ暴走回転をハンドル側に逃がすことができ、更にタ
イヤ側の転舵の状態を修正することもできる。そこで指
示舵角φと実際のモータ作動による実舵角Ｑｐが入力す
る暴走判定部６０を有し、実舵角Ｑｐが指示舵角φに対
して異常に大きい場合はモータ暴走を判定する。この暴
走判定信号は逆転制御部６１に入力し、モータ回転方向
に対して逆の回転方向を設定し、駆動部５９によりトル
ク制御モータ３８にアシストトルクの固定制御の場合と
逆方向の電流を供給するように構成される。

【００２１】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、車両走行時にドライバが選択スイッチ４５を
ＯＦＦすると、自動操舵制御ユニット１７は手動操舵モ
ードになる。そこで自動操舵パワーユニット１４のギヤ
比可変機構２５において、操舵制御モータ３６は非通電
で不作動するが、通常のハンドル操作ではウォームギヤ
３５によりモータ軸２４が固定される。またトルク制御
モータ３８も非通電で不作動し、ハンドル９の入力軸２
１がフリーの状態になる。そこでドライバが図５（ａ）
のようにハンドル９を握って操舵すると、入力軸２１と
ギヤ比可変機構２５の第１と第２のギヤ２６，２７、固
定したサンギヤ３１に対するプラネタリギヤ３０の作動
で出力軸２２が同一方向に回転し、油圧パワーステアリ
ング機構２３の作動で前輪５が左右に自由に転舵され
る。

【００２２】また選択スイッチ４５をＯＮすると、自動
操舵モードに切換わる。このため自動操舵制御ユニット
１７では画像認識制御ユニット１５からの画像データに
より所定距離位置Ｄの白線等の目標軌道Ｌ１が設定さ
れ、車速Ｖと実舵角Ｑｐにより車両１の所定距離位置Ｄ
での予測軌道Ｌ２が算出される。そして目標軌道Ｌ１と
予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅに応じて指示舵角φが算出さ
れ、この指示舵角φと実舵角Ｑｐに基づく制御量の電流
Ｉｐが操舵制御モータ３６に流れる。このためギヤ比可
変機構２５では、操舵制御モータ３６が作動してウォー
ムギヤ３５、モータ軸２４及びサンギヤ３１が回転する
が、このときリングギヤ３２にはタイヤ側の大きい負荷
がかかっているため、キャリア３４等が逆転してこの場
合の操舵反力がハンドル９側に作用する。

【００２３】そこで操舵トルクセンサ４１によりこの場
合の操舵反力が検出され、操舵反力を相殺するようなア
シストトルクＴａが演算され、このトルクＴａに応じた
電流Ｉｓがトルク制御モータ３８に流れる。そしてトル
ク制御モータ３８とウォームギヤ３７が作動して、常に
入力軸２１、第１のギヤ２６、キャリア３４等を固定す
るように制御される。このため操舵制御モータ３６によ
るサンギヤ３１の回転で、タイヤ側の負荷に抗してリン
グギヤ３２、第２のギヤ２７及び出力軸２２が回転し、
図５（ｂ）のようなハンドル操作しない状態で前輪５が
操舵信号に応じて自動的に転舵される。こうしてドライ
バがハンドル９を操作しなくとも、車両１は前輪５が道
路の白線に沿うように転舵して安全に車線追従走行され
る。

【００２４】また上述の自動操舵制御での操舵制御モー
タ暴走時の制御を、図６のフローチャートを用いて説明
する。先ず、ステップＳ１で自動操舵モードを判断する
と、ステップＳ２に進んで操舵制御モータ３６を作動
し、ステップＳ３でトルク制御モータ３８をアシストト
ルクに応じて作動し、その後ステップＳ４で実舵角Ｑｐ
と指示舵角φの差（Ｑｐ−φ）を設定値ａと比較する。
そして操舵制御モータ３６が正常で差（Ｑｐ−φ）が設
定値ａ（例えば２０度）より小さい場合は、ステップＳ
２に戻って自動操舵制御が継続される。

【００２５】一方、操舵制御モータ３６が暴走して実舵
角Ｑｐが指示舵角φより異常に大きくなると、ステップ
Ｓ４からステップＳ５に進み、トルク制御モータ３８を
操舵制御モータ３６と連動して逆転制御する。そこでギ
ヤ比可変機構２５は、図７のように作動する。即ち、操
舵制御モータ３６によりプラネタリギヤ３０のサンギヤ
３１が右回転すると、ピニオン３３が左回転し、このと
き正常な場合は、トルク制御モータ３８により第１のギ
ヤ２６に破線のようにトルクアシストされてキャリア３
４を固定する。そこでピニオン３３の左回転でリングギ
ヤ３２も左回転し、これにより出力軸２２がモータ３６
と同一に右回転して転舵される。

【００２６】一方、操舵制御モータ３６と連動してトル
ク制御モータ３８が逆転制御されると、第１のギヤ２６
が実線のように回転して、プラネタリギヤ３０のキャリ
ア３４がサンギヤ３１と同様に右回転するため、ピニオ
ン３３は遊星回転で空転した状態になる。こうしてモー
タ暴走回転がハンドル側に円滑に逃がされ、リングギヤ
３２以降は回転停止して急激に転舵することが防止され
る。またトルク制御モータ３８を更に高速で逆転する
と、ピニオン３３の回転方向が反転してリングギヤ３２
が一点鎖線のように右回転し、これにより出力軸２２が
左回転してタイヤ側の実舵角Ｑｐが減少するように修正
される。

【００２７】そこでステップＳ６で実舵角Ｑｐと指示舵
角φの一致状態を判定し、モータ暴走が一時的なもので
あって両者が一致するように修正されると、ステップＳ
７に進む。そしてトルク制御モータ３８の逆転制御を終
了して、元の自動操舵制御に復帰される。

【００２８】以上、本発明の実施例について説明した
が、これのみに限定されない。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
操舵制御モータとトルク制御モータを作動して自動操舵
する自動操舵装置において、自動操舵モードの場合に操
舵制御モータの暴走の有無を判定し、モータ暴走の場合
はトルク制御モータを逆転制御し、モータ暴走回転をギ
ヤ比可変機構を利用してハンドル側に逃がすので、急激
に転舵することを確実に防止することができ、安全性が
向上する。また自動操舵制御を停止する必要がない。ト
ルク制御モータを逆転制御するだけであるから、制御が
容易である。

【００３０】トルク制御モータの逆転とギヤ比可変機構
によりタイヤ側の実舵角を調節できるので、実舵角と指
示舵角を一致するように修正することができる。このた
めモータ暴走後に正常に自動操舵制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動操舵装置の制御方法に適した
自動操舵制御ユニットの実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】ＡＤＡシステムの全体の概略を示す構成図であ
る。

【図３】自動操舵パワーユニットを示す構成図である。

【図４】自動操舵制御の概念図である。

【図５】手動操舵と自動操舵の状態を示す図である。

【図６】自動操舵モードでのモータ暴走時の制御を示す
フローチャートである。

【図７】ギヤ比可変機構の作動状態を示す図である。

【符号の説明】

１車両９ハンドル１０ステアリング装置１４自動操舵パワーユニット１５画像認識制御ユニット１７自動操舵制御ユニット２５ギヤ比可変機構３６操舵制御モータ３８トルク制御モータ６０暴走判定部６１逆転制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のステアリング装置に操舵制御モー
タとトルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比
可変機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方
の画像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モー
タとトルク制御モータを作動して、走行中の車両をハン
ドル操作なしで道路の白線等に沿うように自動操舵する
自動操舵装置において、自動操舵モードの際に実舵角と
指示舵角の関係により操舵制御モータの暴走の有無を判
定し、モータ暴走を判定すると、トルク制御モータを操
舵制御モータと連動して逆転制御することを特徴とする
自動操舵装置の制御方法。
【請求項２】トルク制御モータの逆転制御により実舵
角と指示舵角が一致するように修正し、両舵角が一致す
ると元の自動操舵制御に復帰することをことを特徴とす
る請求項１記載の自動操舵装置の制御方法。